TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Diese
Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotor-Steuersysteme.These
This invention relates generally to internal combustion engine control systems.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die
Angaben in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformation bezogen
auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der
Technik dar.The
Information in this section provides background information only
to the present disclosure and may not represent the state of the
Technique
Ein
Motorsystem, das für
einen Betrieb mit gesteuerter Selbstzündungsverbrennung entwickelt ist,
umfasst einen Verbrennungsmotor, der ausgestaltet ist, um nach einem
Otto-Zyklus zu arbeiten. Der Motor, der mit einer direkten Kraftstoffeinspritzung
in einen Zylinder ausgestattet ist, arbeitet in einem gesteuerten
Selbstzündungsmodus
unter speziellen Motorbetriebsbedingungen, um eine verbesserte Motorkraftstoffeffizienz
zu erreichen. Ein Funkenzündungssystem
wird verwendet, um den Selbstzündungs-Verbrennungsprozess
während
spezieller Betriebsbedingungen zu ergänzen. Solche Motoren werden
als Motoren mit homogener Kompressionszündung (nachstehend ”HCCI”-Motoren)
bezeichnet.One
Engine system that for
developed a controlled auto-ignition combustion operation,
includes an internal combustion engine that is configured to run after a
Otto cycle to work. The engine with direct fuel injection
equipped in a cylinder works in a controlled
Ignition mode
under specific engine operating conditions, for improved engine fuel efficiency
to reach. A spark ignition system
is used to the auto-ignition combustion process
while
to supplement specific operating conditions. Such engines will be
as homogeneous compression ignition engines (hereinafter "HCCI" engines)
designated.
Ein
HCCI-Motor, der in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, erzeugt
in einer Verbrennungskammer ein Ladungsgemisch aus verbrannten Gasen,
Luft und Kraftstoff, und die Selbstzündung wird während eines Verdichtungstakts
gleichzeitig von vielen Zündungsstellen
aus in dem Ladungsgemisch ausgelöst,
was zu einer stabilen Leistungsabgabe, einer hohen thermischen Effizienz
und niedrigen Emissionen führt.
Die Verbrennung ist stark verdünnt
und gleichmäßig über das
Ladungsgemisch verteilt, was zu einer niedrigen Temperatur des verbrannten
Gases und zu NOx-Emissionen führt,
die typischerweise wesentlich niedriger als die NOx-Emissionen entweder
eines üblichen
Funkenzündungsmotors
oder eines üblichen
Dieselmotors sind.One
HCCI engine operating in HCCI combustion mode generates
in a combustion chamber a charge mixture of burned gases,
Air and fuel, and the auto-ignition is during a compression stroke
at the same time of many ignition points
released in the charge mixture,
resulting in a stable power output, a high thermal efficiency
and low emissions.
The combustion is very diluted
and evenly over that
Charge mixed, resulting in a low temperature of the burned
Gas and NOx emissions,
which is typically much lower than the NOx emissions either
a usual one
Spark ignition engine
or a usual one
Diesel engines are.
Ein
typischer HCCI-Motor ist von einem herkömmlichen Funkenzündungsmotor
dadurch unterscheidbar, dass die Zündung des Ladungsgemischs unter
speziellen Motorbetriebsbedingungen durch eine Verdichtung des Ladungsgemischs
verursacht wird. Der typische HCCI-Motor wechselt in Abhängigkeit
von vorbestimmten Betriebsbedingungen zwischen dem HCCI-Verbrennungsmodus
und einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung.One
typical HCCI engine is from a conventional spark ignition engine
distinguishable in that the ignition of the charge mixture under
special engine operating conditions by a compression of the charge mixture
is caused. The typical HCCI engine changes depending on
of predetermined operating conditions between the HCCI combustion mode
and a spark ignition combustion mode.
Die
Anmelder haben die Steuerung eines glatten Wechsels zwischen dem
HCCI- und einem SI/NTLC-Verbrennungsmodus (SI-Verbrennungsmodus
mit ungedrosselter Laststeuerung) unter Verwendung von Umschaltungsmechanismen
für ein
doppelt unabhängiges,
zweistufiges Nockenprofil erfolgreich demonstriert. Insbesondere
kann ein Wechsel von dem HCCI- in den SI/NTLC-Betrieb durch eine
Nockenphaseneinstellung von Einlassnocken mit niedrigem Hub mit
einem frühen
Schließen
eines Einlassventils (EIVC) in Verbindung mit einer Profilumschaltung
von HCCI-Auslassnockenprofilen mit niedrigem Hub auf SI-Auslassnockenprofile
mit hohem Hub realisiert werden. Der SI/NTLC-Motorbetrieb ist auch
unter Verwendung einer Nockenphaseneinstellung des SI-Einlassnockens
mit hohem Hub bei einem späten Schließen des
Einlassventils (LIVC) möglich,
wenn eine gleichzeitige Umschaltung sowohl des Einlass- als auch des Auslassnockenprofils
zwischen dem HCCI-Nocken mit niedrigem Hub und dem SI-Nocken mit
hohem Hub angeordnet wird.The
Applicants have the control of a smooth change between the
HCCI and SI / NTLC combustion mode (SI combustion mode
with unthrottled load control) using switching mechanisms
for a
doubly independent,
two-stage cam profile successfully demonstrated. Especially
For example, a change from HCCI to SI / NTLC operation can be made by a
Cam phasing of low lift intake cams with
an early one
Shut down
an intake valve (EIVC) in conjunction with a profile switch
HCCI low profile exhaust cam profiles on SI exhaust cam profiles
be realized with a high lift. SI / NTLC engine operation is also
using a cam phasing of the SI inlet cam
with a high lift at a late closing of the
Inlet valve (LIVC) possible,
if a simultaneous switching of both the intake and the exhaust cam profile
between the low lift HCCI cam and the SI cam with
high lift is arranged.
In
Abhängigkeit
von dem Hub und der Dauer, die sowohl für die HCCI- als auch für die SI-Nocken verwendet
werden, und von dem Einflussbereich und der Anstiegsgeschwindigkeit
des Nockenphasenstellers kann jedoch ein glatter Wechsel zwischen
dem HCCI- und dem SI/NTLC-Verbrennungsmodus oberhalb einer bestimmten
Motordrehzahl unmöglich sein.
Insbesondere existiert oberhalb einer bestimmten Motordrehzahl eine
Lücke zwischen
der höchsten mit
dem HCCI-Betrieb erreichbaren Last und der niedrigstem mit dem SI/NTLC-Betrieb
erreichbaren Last. 2 stellt beispielsweise eine
Motordrehzahlgrenze von im Wesentlichen 2000 U/min dar, wenn ein
Spitzenhub von 4 mm und eine Einlassdauer von 120 Grad sowie HCCI-Auslassventil-Hubprofile
bzw. ein typischer Spitzenhub von 10 mm und eine Einlassdauer von
240–260
Grad sowie SI-Auslassventil-Hubprofile
verwendet werden. Die höchste
mit dem HCCI-Betrieb
erreichbare Last ist durch das Klingeln begrenzt (Klingelgrenze
= 3 MW/m2), während die niedrigste mit dem
SI/NTLC-Betrieb erreichbare Last durch die Verbrennungsstabilität begrenzt ist
(COV des IMEP = 3%). Die HCCI-Klingelgrenze resultiert aus einer
Unfähigkeit,
eine ausreichende Ladungsverdünnung
mit dem vorgeschriebenen niedrigen Nockenhub einzuleiten. Die Stabilitätsgrenze
der SI-Verbrennung resultiert aus einer übermäßigen Ladungsverdünnung mit
dem vorgeschriebenen hohen Nockenhub. Die Anmelder haben erfolgreich demonstriert,
dass eine selektive Zylinderdeaktivierung durch eine Kraftstoffabschaltung
verwendet werden kann, um die Motor-Betriebsgrenze bei niedriger
Last in dem SI-Verbrennungsmodus auszuweiten, indem ein stabiler
Betrieb der aktiven Zylinder ermöglicht
wird. Alternativ wird angenommen, dass komplexere Umschaltungsmechanismen
für das
Nockenprofil (z. B. dreistufige Nockenprofile) oder kontinuierlich
variable Ventiltriebe erfolgreich ver wendet werden könnten, um
sowohl die HCCI-Betriebsgrenze bei hoher Last als auch die SI-Betriebsgrenze
bei niedriger Last auszuweiten und die Lücke zwischen dem HCCI- und
dem SI-Betrieb zu schließen
(beispielsweise durch einen dazwischenliegenden Hub und eine dazwischenliegende
Dauer). Eine Alternative unter Verwendung des weniger komplexen
zweistufigen Umschaltungsmechanismus für das Nockenprofil und ohne
zusätzliche
Zylinderabschaltungshardware ist jedoch wünschenswert.However, depending on the stroke and duration used for both the HCCI and SI cams, and the range of influence and slew rate of the cam phaser, a smooth transition can be made between the HCCI and SI / NTLC combustion modes be impossible above a certain engine speed. In particular, above a certain engine speed, there is a gap between the highest load achievable with HCCI operation and the lowest load achievable with SI / NTLC operation. 2 represents, for example, an engine speed limit of substantially 2000 rpm when a peak lift of 4 mm and an intake duration of 120 degrees and HCCI exhaust valve lift profiles or a typical peak lift of 10 mm and an intake duration of 240-260 degrees and SI- Exhaust valve lift profiles are used. The highest load achievable with HCCI operation is limited by ringing (ringing limit = 3 MW / m 2 ), while the lowest load achievable with SI / NTLC operation is limited by combustion stability (COV of IMEP = 3%). The HCCI ringing limit results from an inability to initiate sufficient charge dilution with the prescribed low cam lift. The stability limit of SI combustion results from excessive charge dilution with the prescribed high cam lift. Applicants have successfully demonstrated that selective cylinder deactivation by fuel cutoff can be used to extend the engine operating limit at low load in the SI combustion mode by allowing stable operation of the active cylinders. Alternatively, it is believed that more complex cam profile switching mechanisms (eg, three-stage cam profiles) or continuously variable valve trains could be successfully used to expand both the HCCI high load operating limit and the low load SI operating limit and the gap between HCCI and SI operation (for example, by an intermediate hub and an intermediate duration). However, an alternative using the less complex two-stage cam profile switching mechanism and without additional cylinder deactivation hardware is desirable.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Ein
Verfahren zum Wechseln des Betriebs eines Verbrennungsmotors mit
Funkenzündung
und Direkteinspritzung, der einen zweistufigem Ventiltrieb mit variabler
Phase aufweist, zwischen einem HCCI- und einem SI-Modus umfasst, dass
ein ungedrosselter stöchiometrischer
SI-Betrieb mit einem niedrigen Hub eines Einlassventils geschaffen
wird, welcher zwischen einem HCCI-Modus mit einem niedrigen Hub
eines Auslassventils und des Einlassventils und einem ungedrosselten
SI-Modus mit einem hohen Hub des Auslassventils und des Einlassventils
liegt.One
Method for changing the operation of an internal combustion engine with
spark ignition
and direct injection, a two-stage variable valve train
Phase comprises, between an HCCI and an SI mode that
an unthrottled stoichiometric
SI operation created with a low lift of an intake valve
which is between a HCCI mode with a low lift
an exhaust valve and the intake valve and an unthrottled
SI mode with a high lift of the exhaust valve and the intake valve
lies.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Eine
oder mehrere Ausführungsformen
werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, von denen:A
or more embodiments
Now, by way of example, with reference to the accompanying drawings
described, of which:
1 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist; 1 Fig. 12 is a schematic diagram of an internal combustion engine according to the present disclosure;
2 eine
graphische Darstellung verschiedener Betriebsgebiete eines beispielhaften
Verbrennungsmotors mit Di rekteinspritzung gemäß der vorliegenden Offenbarung
ist; 2 FIG. 4 is a graphical representation of various operating regions of an exemplary direct injection internal combustion engine in accordance with the present disclosure; FIG.
3 ein
erster beispielhafter Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung
ist, um einen glatten Wechsel zwischen HCCI- und SI-Modi zu bewirken; 3 a first exemplary operation in accordance with the present disclosure is to effect smooth switching between HCCI and SI modes;
4 eine
Datengraphik ist, die einen beispielhaften Einlassventil-Spitzenhub
während
Wechseln zwischen HCCI- und SI-Modi gemäß dem ersten beispielhaften
Betrieb von 3 und gemäß der vorliegenden Offenbarung
darstellt; 4 FIG. 11 is a data graph illustrating an exemplary intake valve peak lift during transitions between HCCI and SI modes according to the first exemplary operation of FIG 3 and in accordance with the present disclosure;
5 eine
Datengraphik ist, die einen beispielhaften Auslassventil-Spitzenhub
während Wechseln
zwischen HCCI- und SI-Modi gemäß dem ersten
beispielhaften Betrieb von 3 gemäß der vorliegenden
Offenbarung darstellt; 5 FIG. 11 is a data graph illustrating an exemplary exhaust valve peak lift during changes between HCCI and SI modes according to the first exemplary operation of FIG 3 according to the present disclosure;
6 ein
zweiter beispielhafter Betrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung
ist, um einen glatten Wechsel zwischen HCCI- und SI-Modi zu bewirken; 6 a second exemplary operation in accordance with the present disclosure is to effect a smooth transition between HCCI and SI modes;
7 eine
Datengraphik ist, die einen beispielhaften Einlassventil-Spitzenhub
während
Wechseln zwischen HCCI- und SI-Modi gemäß dem zweiten beispielhaften
Betrieb von 6 und gemäß der vorliegenden Offenbarung
darstellt; und 7 FIG. 11 is a data graph illustrating an exemplary intake valve peak lift during changes between HCCI and SI modes according to the second exemplary operation of FIG 6 and in accordance with the present disclosure; and
8 eine
Datengraphik ist, die einen beispielhaften Auslassventil-Spitzenhub
während Wechseln
zwischen HCCI- und SI-Modi gemäß dem zweiten
beispielhaften Betrieb von 6 und gemäß der vorliegenden
Offenbarung darstellt. 8th FIG. 11 is a data graph illustrating an exemplary exhaust valve peak lift during changes between HCCI and SI modes according to the second exemplary operation of FIG 6 and in accordance with the present disclosure.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem
Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen,
und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, zeigt 1 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 und
eines Steuersystems 25, das gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Die gezeigte Ausführungsform
wird als Teil eines Gesamtsteuerschemas eingesetzt, um einen beispielhaften
Benzin-Viertaktverbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, doppelter
oben liegender Nockenwelle, Funkenzündung und Direkteinspritzung
zu betreiben, der ausgebildet ist, um unter einem gesteuerten Selbstzündungsprozess
zu arbeiten, der auch als Modus mit homogener Kompressionszündung (”HCCI”-Modus)
bezeichnet wird.Referring now to the drawings, what is shown is for the purpose of illustrating certain example embodiments only and not for the purpose of limiting the same 1 a schematic representation of an internal combustion engine 10 and a tax system 25 , which was constructed according to an embodiment of the present invention. The illustrated embodiment is employed as part of an overall control scheme to operate an exemplary multiple cylinder, double overhead camshaft, spark ignition, and direct injection gasoline four-stroke internal combustion engine configured to operate under a controlled auto-ignition process, also known as homogeneous compression ignition mode ("HCCI" mode).
Der
beispielhafte Motor 10 umfasst: einen Motorblock aus Gussmetall
mit mehreren darin gebildeten Zylindern, von denen einer gezeigt
ist, und einen Motorkopf 27. Jeder Zylinder umfasst einen
Zylinder mit geschlossenem Ende, der einen bewegbaren, hin und her
gehenden Kolben 11 aufweist, der darin eingefügt ist.
Eine Verbrennungskammer 20 mit variablem Volumen ist in
jedem Zylinder gebildet und wird durch Wände des Zylinders, den bewegbaren Kolben 11 und
den Kopf 27 definiert. Der Motorblock weist vorzugsweise
Kühlmitteldurchgänge 29 auf, durch
die ein Motorkühlmittelfluid
strömt.
Ein Kühlmittel-Temperatursensor 37,
der dazu dient, die Temperatur des Kühlmittelfluids zu überwachen,
ist an einem geeigneten Ort angeordnet und liefert eine parametrische
Signaleingabe an das Steuersystem 25, die zur Steuerung
des Motors verwendbar ist. Der Motor weist vorzugsweise bekannte
Systeme auf, einschließlich
eines äußeren Abgasrückführungsventils
(”AGR”-Ventils)
und eines Einlassluft-Drosselventils (nicht gezeigt).The exemplary engine 10 comprising: a cast metal engine block having a plurality of cylinders formed therein, one of which is shown, and an engine head 27 , Each cylinder includes a closed-end cylinder that has a reciprocating piston that is movable 11 having inserted therein. A combustion chamber 20 variable volume is formed in each cylinder and is through walls of the cylinder, the movable piston 11 and the head 27 Are defined. The engine block preferably has coolant passages 29 through which an engine coolant fluid flows. A coolant temperature sensor 37 Serving to monitor the temperature of the coolant fluid is located at an appropriate location and provides parametric signal input to the control system 25 , which is suitable for controlling the motor. The engine preferably includes known systems including an outer exhaust gas recirculation ("EGR") valve and an intake air throttle valve (not shown).
Jeder
bewegbare Kolben 11 umfasst eine Einrichtung, die gemäß bekannten
Kolbenbildungsverfahren ausgestaltet ist, und weist eine Oberseite und
einen Körper
auf, der im Wesentlichen an den Zylinder angepasst ist, in dem er
arbeitet. Der Kolben weist eine Oberseiten- oder Kronenfläche auf,
die in der Verbrennungskammer exponiert ist. Jeder Kolben ist mittels
eines Stifts 34 und einer Pleuelstange 33 mit
einer Kurbelwelle 35 verbunden. Die Kurbelwelle 35 ist
an dem Motorblock in einem Hauptlagerbereich in der Nähe eines
Unterseitenabschnitts des Motorblocks drehbar befestigt, so dass
sich die Kurbelwelle um eine Achse drehen kann, die rechtwinklig zu
einer durch jeden Zylinder definierten Längsachse liegt. Ein Kurbelsensor 31 ist
an einem geeigneten Ort angeordnet und dient dazu, ein Signal zu
erzeugen, das von dem Controller 25 verwendbar ist, um einen
Kurbelwinkel zu messen, und das übersetzbar ist,
um Messwerte einer Kurbelwellendrehung, -drehzahl und -beschleunigung
zu liefern, die bei verschiedenen Steuerschemata verwendbar sind.
Während des
Betriebs des Motors bewegt sich jeder Kolben 11 in dem
Zylinder aufgrund der Verbindung mit der Kurbelwelle 35 und
deren Drehung sowie des Verbrennungsprozesses auf eine hin und her
gehende Weise aufwärts
und abwärts.
Die Drehbewegung der Kurbelwelle bewirkt eine Übersetzung einer linearen Kraft,
die auf jeden Kolben während
der Verbrennung ausgeübt
wird, in eine Winkeldrehmomentausgabe von der Kurbelwelle, die auf
eine andere Einrichtung, wie z. B. einen Fahrzeugantriebsstrang, übertragen werden
kann.Every movable piston 11 includes a device configured in accordance with known piston forming methods, and has an upper surface and a body substantially conformed to the cylinder in which it operates. The piston has a top or crown surface exposed in the combustion chamber. Each piston is by means of a pin 34 and a connecting rod 33 with a crankshaft 35 connected. The crank wave 35 is rotatably mounted on the engine block in a main bearing area near a lower side portion of the engine block, so that the crankshaft can rotate about an axis which is perpendicular to a longitudinal axis defined by each cylinder. A crank sensor 31 is located at an appropriate location and serves to generate a signal from the controller 25 is usable to measure a crank angle and which is translatable to provide crankshaft rotation, speed and acceleration measurements useful in various control schemes. During operation of the engine, each piston moves 11 in the cylinder due to the connection with the crankshaft 35 and their rotation as well as the combustion process in a reciprocating way up and down. The rotational movement of the crankshaft causes a translation of a linear force exerted on each piston during combustion into an angular torque output from the crankshaft which is applied to another device, such as a cylinder. As a vehicle powertrain, can be transmitted.
Der
Motorkopf 27 umfasst eine Gussmetalleinrichtung mit einer
oder mehreren Einlassöffnungen 17 und
einer oder mehreren Auslassöffnungen 19,
die zu der Verbrennungskammer 20 führen. Eine Einlassöffnungsdrossel
kann ebenso zweckmäßigerweise
bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
verwendet werden, wie hierin unten weiter beschrieben wird. Die
Einlassöffnung 17 liefert
Luft an die Verbrennungskammer 20. Verbrannte (abgebrannte)
Gase strömen über die
Auslassöffnung 19 aus
der Verbrennungskammer 20. Die Luftströmung durch jede Einlassöffnung wird
durch eine Betätigung eines
oder mehrerer Einlassventile (IV) 21 gesteuert. Die Strömung der
verbrannten Gase durch jede Auslassöffnung wird durch eine Betätigung eines
oder mehrerer Auslassventile (EV) 23 gesteuert.The engine head 27 comprises a cast metal device with one or more inlet openings 17 and one or more outlet openings 19 leading to the combustion chamber 20 to lead. An intake port throttle may also be conveniently used in certain preferred embodiments, as further described below. The inlet opening 17 supplies air to the combustion chamber 20 , Burnt (spent) gases flow over the exhaust port 19 from the combustion chamber 20 , The flow of air through each inlet port is controlled by one or more inlet valves (IV). 21 controlled. The flow of burnt gas through each outlet is controlled by one or more exhaust valves (EV). 23 controlled.
Die
Einlass- und Auslassventile 21, 23 weisen jeweils
einen Kopfabschnitt auf, der einen Oberseitenabschnitt umfasst,
welcher der Verbrennungskammer ausgesetzt ist. Jedes der Ventile 21, 23 weist
einen Schaft auf, der mit einer Ventilbetätigungseinrichtung verbunden
ist. Eine Ventilbetätigungseinrichtung,
dargestellt als 60, dient dazu, das Öffnen und Schließen jedes
der Einlassventile 21 zu steuern, und eine zweite Ventilbetätigungseinrichtung 70 dient
dazu, das Öffnen
und Schließen
jedes der Auslassventile 23 zu steuern. Jede der Ventilbetätigungseinrichtungen 60, 70 umfasst
eine Einrichtung, die signaltechnisch mit dem Steuersystem 25 verbunden
ist und dazu dient, den Zeitpunkt, die Dauer und das Ausmaß des Öffnens und
Schließens
jedes Ventils entweder zusammen oder einzeln zu steuern. Die erste
Ausführungsform
des beispielhaften Motors umfasst ein doppeltes oben liegendes Nockensystem,
das eine variable Hubsteuerung (”VLC”) und eine variable Nockenphaseneinstellung
(”VCP”) aufweist.
Die VCP-Einrichtung dient dazu, den Zeitpunkt des Öffnens oder
Schließens
jedes Einlassventils und jedes Auslassventils relativ zu einer Drehposition
der Kurbelwelle zu steuern, und sie öffnet jedes Ventil für eine feste
Kurbelwinkeldauer. Die beispielhafte VLC-Einrichtung dient dazu, die Größe des Ventilhubs
in eine von zwei Positionen zu steuern, eine Position mit einer
Größe des Hubs
von 3–5
mm für
eine Öffnungsdauer
von 120–150
Kurbelwinkelgraden und eine Position mit einer Größe des Hubs von
9–12 mm
für eine Öffnungsdauer
von 220–260 Kurbelwinkelgraden.
Einzelne Ventilbetätigungseinrichtungen
können
der gleichen Funktion mit der gleichen Wirkung dienen. Die Ventilbetätigungseinrichtungen
werden vorzugsweise durch das Steuersystem 25 gemäß vorbestimmten
Steuerschemata gesteuert. Ein spezieller Aspekt eines Steuerschemas, um
das Öffnen
und Schließen
der Ventile zu steuern, ist hierin beschrieben.The intake and exhaust valves 21 . 23 each have a head portion including a top portion exposed to the combustion chamber. Each of the valves 21 . 23 has a shaft which is connected to a valve actuator. A valve actuator, shown as 60 , serves to open and close each of the inlet valves 21 to control, and a second valve actuator 70 serves to open and close each of the exhaust valves 23 to control. Each of the valve actuators 60 . 70 includes a device that is technically connected to the control system 25 is connected and serves to control the timing, duration and extent of opening and closing of each valve either together or individually. The first embodiment of the exemplary engine includes a dual overhead cam system having variable lift control ("VLC") and variable cam phasing ("VCP"). The VCP means serves to control the timing of opening or closing of each intake valve and exhaust valve relative to a rotational position of the crankshaft and opens each valve for a fixed crank angle duration. The exemplary VLC device serves to control the amount of valve lift in one of two positions, a position with a stroke size of 3-5 mm for an opening duration of 120-150 crank angle degrees, and a stroke size position of FIG -12 mm for an opening duration of 220-260 crank angle degrees. Individual valve actuators can serve the same function with the same effect. The valve actuators are preferably provided by the control system 25 controlled according to predetermined control schemes. A particular aspect of a control scheme to control the opening and closing of the valves is described herein.
Luft
wird durch einen Einlasskrümmerkanal 50,
der gefilterte Luft empfängt,
die durch eine bekannte Luftmesseinrichtung und eine Drosseleinrichtung
(nicht gezeigt) strömt,
zu der Einlassöffnung 17 eingelassen.
Abgas strömt
von der Auslassöffnung 19 zu
einem Abgaskrümmer 42,
der Abgassensoren 40 aufweist, die dazu dienen, die Bestandteile
des Abgaszustroms zu überwachen
und diesem zugeordnete Parameter zu ermitteln. Der Abgassensor 40 kann
eine beliebige von verschiedenen bekannten Detektionseinrichtungen
umfassen, die dazu dienen, parametrische Werte für den Abgaszustrom, einschließlich des
Luft/Kraftstoffverhältnisses,
oder einen Messwert der Abgasbestandteile, beispielsweise NOx, CO,
HC und andere, zu liefern. Das System kann einen Sensor 16 in
dem Zylinder zum Überwachen
der Verbrennungsdrücke
umfassen. Die zuvor erwähnten
Sensoren und Messeinrichtungen liefern jeweils ein Signal als eine
parametrische Eingabe an das Steuersystem 25. Diese parametrischen
Eingaben können
von dem Steuersystem verwendet werden, um Messwerte der Verbrennungsleistung
zu ermitteln.Air is passing through an intake manifold duct 50 receiving filtered air flowing through a known air meter and throttle means (not shown) to the inlet port 17 admitted. Exhaust flows from the exhaust port 19 to an exhaust manifold 42 , the exhaust gas sensors 40 which serve to monitor the components of the exhaust gas flow and to determine this associated parameter. The exhaust gas sensor 40 may include any of various known detection devices that serve to provide parametric values for the exhaust gas flow, including the air / fuel ratio, or a measurement of the exhaust gas constituents, such as NOx, CO, HC, and others. The system can be a sensor 16 in the cylinder for monitoring the combustion pressures. The aforementioned sensors and measuring devices each provide a signal as a parametric input to the control system 25 , These parametric inputs may be used by the control system to determine combustion performance measurements.
Das
Steuersystem 25 umfasst vorzugsweise eine Teilmenge einer
gesamten Steuerarchitektur, die dazu dient, eine abgestimmte Systemsteuerung des
Motors 10 und anderer Systeme zu schaffen. In dem Gesamtbetrieb
dient das Steuersystem 25 dazu, Betreibereingaben, Umgebungsbedingungen,
Motorbetriebsparameter und Messwerte der Verbrennungsleistung zu
synthetisieren und Algorithmen zum Steuern verschiedener Aktuatoren
auszuführen, um
Zielwerte für
Steuerparameter zu erreichen, einschließlich solcher Parameter wie
Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung und Fahrbarkeit. Das
Steuersystem 25 ist funktional mit mehreren Einrichtungen
verbunden, durch die ein Betreiber den Betrieb des Motors typischerweise
steuert und lenkt. Beispielhafte Betreibereingaben umfassen ein
Gaspedal, ein Bremspedal, eine Wähleinrichtung
für den Getriebegang
und einen Tempomat für
die Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn der Motor in einem Fahrzeug verwendet
wird. Das Steuersystem kann mit anderen Controllern, Sensoren und
Aktuatoren mittels eines Busses eines lokalen Rechnernetzes (”LAN”-Bus, nicht
gezeigt) kommunizieren, der vorzugsweise eine strukturierte Übermittlung
von Steuerparametern und -befehlen zwischen verschiedenen Controllern
ermöglicht.The tax system 25 preferably includes a subset of an overall control architecture that serves to provide a tuned system control of the engine 10 and other systems. In the overall operation, the control system is used 25 to synthesize operator inputs, environmental conditions, engine operating parameters, and combustion performance measurements and to execute algorithms for controlling various actuators to achieve target values for control parameters, including such parameters as fuel economy, emissions, performance, and drivability. The tax system 25 is operatively connected to a plurality of devices by which an operator typically controls and directs the operation of the engine. Exemplary operator inputs include an accelerator pedal, a brake pedal, a transmission gear selector, and vehicle speed cruise control when the engine is used in a vehicle. The control system may communicate with other controllers, sensors and actuators via a bus of a local area network ("LAN" bus, not shown) which preferably enables structured communication of control parameters and commands between different controllers.
Das
Steuersystem 25 ist funktional mit dem Motor 10 verbunden
und wirkt derart, dass parametrische Daten von Sensoren erfasst
werden bzw. eine Vielfalt von Aktuatoren des Motors 10 über mehrere diskrete
Leitungen gesteuert wird, die gemeinsam als aggregierte Leitung 45 gezeigt
werden. Das Steuersystem 25 empfangt einen Motordrehmomentbefehl und
erzeugt basierend auf den Betreibereingaben eine gewünschte Drehmomentabgabe.
Motorbetriebsparameter, die unter Verwendung der zuvor erwähnten Sensoren
von dem Steuersystem 25 detektiert werden, umfassen die
Motorkühlmitteltemperatur,
die Kurbelwellendrehzahl (”RPM”) und -position,
den Krümmerabsolutdruck,
die Umgebungsluft-Strömung und
-Temperatur und den Umgebungsluftdruck. Die Messwerte der Verbren nungsleistung
umfassen typischerweise gemessene und abgeleitete Verbrennungsparameter,
einschließlich
des Luft/Kraftstoffverhältnisses,
der Lage des Verbrennungsspitzendrucks, unter anderen.The tax system 25 is functional with the engine 10 connected and acts such that parametric data is detected by sensors or a variety of actuators of the engine 10 is controlled via several discrete lines, which collectively act as an aggregated line 45 to be shown. The tax system 25 receives a motor torque command and generates a desired torque output based on the operator inputs. Engine operating parameters generated using the aforementioned sensors from the control system 25 include the engine coolant temperature, crankshaft speed ("RPM") and position, manifold absolute pressure, ambient air flow and temperature, and ambient air pressure. Combustion performance measurements typically include measured and inferred combustion parameters, including the air / fuel ratio, the location of the combustion peak pressure, among others.
Aktuatoren,
die von dem Steuersystem 25 gesteuert werden, umfassen:
Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 12;
die VCP/VLC-Ventilbetätigungseinrichtungen 60, 70; eine
Zündkerze 14,
die mit Zündungsmodulen
funktional verbunden ist, um die Zündfunkenverweilzeit und den
Zündfunkenzeitpunkt
zu steuern; ein Abgasrückführungsventil
(AGR-Ventil, nicht gezeigt) und ein Modul zur elektronischen Drosselsteuerung
(nicht gezeigt). Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 12 dient vorzugsweise
dazu, Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer 20 einzuspritzen.
Spezielle Details beispielhafter Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen
zur Direkteinspritzung sind bekannt und werden hierin nicht ausführlich beschrieben.
Die Zündkerze 14 wird von
dem Steuersystem 25 verwendet, um die Zündzeitpunkt-Steuerung des beispielhaften
Motors über Abschnitte
des Motordrehzahl- und Motorlastbetriebsbereichs zu verbessern.
Wenn der beispielhafte Motor in dem HCCI-Modus betrieben wird, verwendet der
Motor keine aktivierte Zündkerze.
Es hat sich als wünschenswert
herausgestellt, die Funkenzündung zum
Ergänzen
des HCCI-Modus unter bestimmten Bedingungen zu verwenden, einschließlich beispielsweise
während
eines Kaltstarts, bei Betriebsbedingungen mit niedriger Last in
der Nähe
einer Niedriglastgrenze und zum Vermeiden von Verschmutzung. Es
hat sich ebenso als bevorzugt herausgestellt, die Funkenzündung an
einer Betriebsgrenze bei hoher Last in dem HCCI-Modus und bei Betriebsbedingungen
mit hoher Drehzahl/Last während
eines gedrosselten oder ungedrosselten Funkenzündungsbetriebs zu verwenden.Actuators by the control system 25 controlled include:
Fuel injectors 12 ; the VCP / VLC valve actuators 60 . 70 ; a spark plug 14 which is operatively connected to firing modules to control spark dwell time and spark timing; an exhaust gas recirculation valve (EGR valve, not shown) and an electronic throttle control module (not shown). The fuel injector 12 is preferably used to fuel directly into each combustion chamber 20 inject. Specific details of exemplary direct injection fuel injectors are known and will not be described in detail herein. The spark plug 14 is from the tax system 25 used to improve the spark timing of the exemplary engine over portions of the engine speed and engine load operating range. When the exemplary engine is operating in the HCCI mode, the engine does not use an activated spark plug. It has been found to be desirable to use the spark ignition to supplement the HCCI mode under certain conditions, including, for example, during cold start, low load operating conditions near a low load limit, and to avoid fouling. It has also been found preferable to use the spark ignition at a high load operating limit in the HCCI mode and at high speed / load operating conditions during a throttled or unthrottled spark ignition operation.
Das
Steuersystem 25 umfasst vorzugsweise ein Zylinder-Deaktivierungssystem,
das dazu dient, eine Teilmenge der Gesamtzahl der Zylinder selek tiv zu
deaktivieren. Ein Zylinder-Deaktivierungsmodus gemäß dieser
Ausführungsform
umfasst, dass eine Kraftstoffströmung
zu den deaktivierten Zylindern während
der Dauer der Deaktivierung unterbrochen wird. Der Zylinder-Deaktivierungsmodus
kann umfassen, dass das Öffnen
der Einlass- und/oder Auslassventile gleichzeitig mit dem Unterbrechen
der Kraftstoffströmung
zu den speziellen Zylindern abgeschaltet wird. Das Steuersystem
erfüllt
den Motor-Drehmomentbefehl, indem die Drehmomentabgabe von den aktivierten
Zylindern während
der Zeitdauer erhöht
wird, wenn der Zylinder-Deaktivierungsmodus eingeschaltet ist.The tax system 25 preferably comprises a cylinder deactivation system which serves to selectively deactivate a subset of the total number of cylinders. A cylinder deactivation mode according to this embodiment includes interrupting fuel flow to the deactivated cylinders during the period of deactivation. The cylinder deactivation mode may include disabling opening of the intake and / or exhaust valves simultaneously with interrupting fuel flow to the particular cylinders. The control system satisfies the engine torque command by increasing the torque output from the activated cylinders during the period when the cylinder deactivation mode is on.
Das
Steuersystem 25 umfasst vorzugsweise einen Allzweck-Digitalcomputer,
der im Wesentlichen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit,
einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen
elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber,
Schaltungen zur Analog-Digital-Umsetzung (A/D) und zur Digital-Analog-Umsetzung
(D/A) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen (I/O) sowie
geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen umfasst.
Jeder Controller weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die
residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in
dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen
Funktionen jedes Computers zu schaffen.The tax system 25 preferably comprises a general-purpose digital computer, which essentially comprises a microprocessor or a central processing unit, a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), an electrically programmable read-only memory (EPROM), a high-speed clock, analog-to-digital conversion circuits (A / D). D) and for digital-to-analog conversion (D / A) and input / output circuits and devices (I / O) as well as suitable signal conditioning and buffer circuits. Each controller has a set of control algorithms comprising resident program instructions and calibrations stored in the ROM and executed to provide the respective functions of each computer.
Die
Algorithmen zur Motorsteuerung werden typischerweise während voreingestellter
Schleifenzyklen ausgeführt,
so dass jeder Algorithmus mindestens einmal für jeden Schleifenzyklus ausgeführt wird.
Die Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen
gespeichert sind, werden von der zentralen Verarbeitungseinheit
ausgeführt
und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen zu überwachen
sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb des Motors
unter Verwendung von voreingestellten Kalibrierungen zu steuern.The
Motor control algorithms are typically pre-set
Loop cycles executed,
such that each algorithm is executed at least once for each loop cycle.
The algorithms used in nonvolatile memory devices
are stored by the central processing unit
accomplished
and serve to monitor inputs from the detection devices
as well as perform control and diagnostic routines to the operation of the engine
using preset calibrations.
Die
Schleifenzyklen werden typischerweise während des laufenden Motorbetriebs
in regelmäßigen Intervallen
ausgeführt,
beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden.
Alternativ können
die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses
ausgeführt
werden.The
Loop cycles typically become during ongoing engine operation
at regular intervals
executed
for example, every 3.125, 6.25, 12.5, 25, and 100 milliseconds.
Alternatively you can
the algorithms in response to an occurrence of an event
accomplished
become.
Nun
auf 2 Bezug nehmend, ist eine graphische Darstellung
von Gebieten des Motorbetriebs unter unterschiedlichen Bedingungen
für den
beispielhaften Motor mit doppelter obenliegender Nocke und mit einem
variablen Ventilbetätigungssystem
gezeigt, das doppelte Nockenphasensteller und ein zweistufiges Stößelsystem
aufweist. Der beispielhafte Motor ist über einen Bereich von Motordrehzahlen, in
Umdrehungen pro Minute (”U/min”), und
Motorlasten, in Einheiten von Kilopascal für den mittleren effektiven
Nettodruck (”NMEP
(kPa)”),
in dem HCCI-Modus betriebsfähig.
Linie A stellt eine untere Grenze für den Motorbetrieb in einem
mageren HCCI-Modus dar, unterhalb derer einer oder mehrere der Zylinder
nicht mit Kraftstoff versorgt sind, was eine Betriebsbedingung bei
niedriger Drehzahl/niedriger Last darstellt. Bei einer solchen beispielhaften Ausbildung
wird eine Ermittlung bezüglich
der Last an dem Motor und/oder der Last an einzelnen Zylindern sowie
bezüglich
der Motordrehzahl durchgeführt,
und ein Algorithmus schaltet Kraftstoffe für ausgewählte Zylinder ab und implementiert
bestimmte Ventilstrategien, um diese optimal zu deaktivieren. Indem
nur ein Teil der Zylinder verwendet wird, wird die Last erhöht, unter
der die übrigen
betriebenen Zylinder arbeiten, was den HCCI-Betrieb bei niedrigeren
Gesamt-Motorlasten ermöglicht.
Bei dieser Ausbildung wird die Motorlast kontinuierlich überwacht, und
die Zylinder werden reaktiviert, wenn es in Abhängigkeit von der Motorlast
und -drehzahl angemessen ist. Linie B stellt eine obere Grenze für den Motorbetrieb
in dem mageren HCCI-Modus dar, wobei allen Zylindern Kraftstoff
zugeführt
wird. Linie C stellt eine obere Grenze für den Motorbetrieb in einem
stöchiometrischen
HCCI-Modus dar, wobei alle Zylinder mit Kraft stoff versorgt sind.
Linie D stellt eine untere Grenze für den Motorbetrieb in einem
ungedrosselten stöchiometrischen
Funkenzündungsmodus
(”SI”) dar,
wobei alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt sind. Linie D wird typischerweise
basierend auf der Motor-Verbrennungsstabilität ermittelt, wie sie durch
den Koeffizienten der Variabilität
des mittleren effektiven Drucks gemessen wird (”COV-IMEP”). Es kann eine obere Grenze
für den
Motorbetrieb in dem SI-NTLC-Modus geben, oberhalb derer der Motor vorzugsweise
in einem gedrosselten stöchiometrischen
SI-Modus betrieben wird (nicht gezeigt). Das schattierte Gebiet,
das durch den Buchstaben F dargestellt ist, umfasst ein Gebiet,
in dem der Motor unfähig
ist, mit allen Zylindern in dem HCCI-Modus akzeptabel zu arbeiten,
und indem er unfähig
ist, in dem SI-Modus (”Funkenzündungs”-Modus)
mit allen Zylindern akzeptabel zu arbeiten. Der SI-Modus umfasst
einen Betrieb, bei dem die Nockenphasensteller gesteuert werden,
um die Öffnungs-/Schließzeitpunkte
der Ventile derart einzustellen, dass die Menge der Lufteinleitung
ohne Drosselung in dem Lufteinlasssystem gesteuert wird. Dies ergibt,
gekoppelt mit der Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder, einen
Last-Steuermechanismus ähnlich
demjenigen, der bei Dieselmotoren verwendet wird.Now up 2 Referring now to the drawings, there is shown a graphical representation of areas of engine operation under different conditions for the exemplary double overhead cam engine and variable valve actuation system having dual cam phasers and a two-stage ram system. The exemplary engine is operable over a range of engine speeds, in revolutions per minute ("RPM"), and engine loads, in units of kilopascals for the mean net effective pressure ("NMEP (kPa)") in the HCCI mode. Line A represents a lower limit to engine operation in a lean HCCI mode, below which one or more of the cylinders are not fueled, which is a low speed / low load operating condition. In such an exemplary embodiment, a determination is made of the load on the engine and / or the load on individual cylinders as well as the engine speed, and an algorithm shuts off fuels for selected cylinders and implements certain valve strategies to optimally disable them. Using only a portion of the cylinders increases the load under which the remaining operated cylinders operate, allowing for HCCI operation at lower overall engine loads. In this design, the engine load is continuously monitored and the cylinders are reactivated as appropriate in response to engine load and speed. Line B represents an upper limit to engine operation in the lean HCCI mode, with fuel supplied to all cylinders. Line C represents an upper limit for engine operation in a stoichiometric HCCI mode, with all cylinders being fueled. Line D represents a lower limit for engine operation in an unthrottled stoichiometric spark-ignition mode ("SI") with all cylinders being fueled. Line D is typically determined based on engine combustion stability as measured by the coefficient of mean effective pressure variability ("COV-IMEP"). There may be an upper limit to engine operation in the SI-NTLC mode, above which the engine is preferably operated in a throttled stoichiometric SI mode (not shown). The shaded area represented by the letter F includes an area where the engine is unable to operate acceptably with all cylinders in the HCCI mode and is unable to operate in the SI ("spark ignition") mode. Mode) to work with all cylinders acceptable. The SI mode includes an operation in which the cam phasers are controlled to adjust the opening / closing timings of the valves so as to control the amount of air introduction without throttling in the air intake system. This, coupled with direct fuel injection into the cylinder, results in a load control mechanism similar to that used in diesel engines.
In
Abhängigkeit
von dem speziellen Ventilhub und der speziellen Ventildauer, die
für die
Einlass- und Auslassnockenwellen des beispielhaften HCCI-Motors
verwendet werden, gibt es eine Notwendigkeit für einen glatten Wechsel 201 zwischen dem
HCCI-Modus und dem SI-Modus, wenn der Motor um den Motor-Drehzahlbereich
von 3000 U/min herum und über
diesen hinweg betrieben wird, insbesondere in dem Gebiet, das in 2 durch
den Buchstaben identifiziert wird. Insbesondere existiert eine Lücke zwischen
der höchsten
in dem HCCI-Modus erreichbaren Last und der niedrigsten mit dem
SI-Betrieb erreichbaren Last oberhalb einer Motordrehzahl von ungefähr 2000
U/min (siehe z. B. 2), wenn ein System mit 2-stufigem
Ventilhub verwendet wird. Die höchste
in dem HCCI-Modus erreichbare Last ist durch das Klingeln begrenzt
(durch das von der Verbrennung erzeugte Geräusch). Die niedrigste in dem SI-Betrieb
erreichbare Last ist durch die Verbrennungsstabilität begrenzt
(COV-IMEP = 3%). Die HCCI-Klingelgrenze resultiert aus einer Unfähigkeit, eine
ausreichende Ladungsverdünnung
mit dem vorgeschriebenen niedrigen Nockenhub einzuleiten. Die SI-Grenze
resultiert aus einer übermäßigen Ladungsverdünnung mit
dem vorgeschriebenen hohen Nockenhub.Depending on the particular valve lift and valve duration used for the intake and exhaust camshafts of the exemplary HCCI engine, there is a need for a smooth change 201 between the HCCI mode and the SI mode when the engine is operated around and over the engine speed range of 3000 rpm, especially in the area that is in 2 is identified by the letter. In particular, there is a gap between the highest load achievable in the HCCI mode and the lowest load achievable with SI operation above an engine speed of approximately 2000 rpm (see, eg, FIG. 2 ) when a system with 2-stage valve lift is used. The highest load achievable in the HCCI mode is limited by ringing (by the noise generated by the combustion). The lowest load achievable in SI operation is limited by the combustion stability (COV-IMEP = 3%). The HCCI ringing limit results from an inability to initiate sufficient charge dilution with the prescribed low cam lift. The SI limit results from excessive charge dilution with the prescribed high cam lift.
Um
daher die Lücke
zwischen dem HCCI-Betrieb mit dem vorgeschriebenen niedrigen Nockenhub
und dem SI-Betrieb mit dem vorgeschriebenen hohen Nockenhub unter
Verwendung eines 2-stufigen CPS-Mechanismus zu überbrücken und unter weiterer Bezugnahme
auf 3–5,
wird gemäß einer
Ausführungsform,
die bei einer beispielhaften Motordrehzahl von 3000 U/min betrieben
wird, ein Wechsel von einem mageren oder stöchiometrischen HCCI-Betrieb
(mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 311, 313 in einen
ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 und
in einen ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 317 gesteuert. 4 und 5 zeigen die
Lage des Spitzenhubs der Einlass- bzw. Auslassventile bei verschiedenen
Motorlastbedingungen. Zusammen stellen sie eine Ausführungsform
bei einem Motor dar, der mehrere Einlassöffnungen pro Zylinder aufweist,
von denen mindestens eine eine zugeordnete Einlassöffnungsdrossel
aufweist, die während
des ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betriebs (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 betätigt wird.Therefore, to bridge the gap between the HCCI operation with the prescribed low cam lift and the SI operation with the prescribed high cam lift using a 2-stage CPS mechanism, and with further reference to 3 - 5 , according to an embodiment operating at an exemplary engine speed of 3000 rpm, a change is made from lean or stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift). 311 . 313 in an unthrottled stoichiometric SI operation (with low EV and low IV stroke) 315 and in an unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 317 controlled. 4 and 5 show the location of the peak lift of the intake and exhaust valves at different engine load conditions. Together, they represent one embodiment of an engine having a plurality of intake ports per cylinder, at least one of which has an associated intake port throttle that operates during SI (low EV and low IV) stoichiometric operation. 315 is pressed.
Wenn
von dem stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 313 in den
ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 gewechselt wird, ist
es erforderlich, dass die Lage des Spitzenhubs des geöffneten
Einlassventils um mehr als 50 CAD verändert wird, um die Luftströmung durch
das Einlassventil ausreichend zu verringern, um einen ungedrosselten
stöchiometrischen
Motorbetrieb zu ermöglichen.
Wenn diese Strategie bei einem Übergangs-Motorbetrieb
verwendet wird, ist ein schneller Mechanismus für die Nockenphaseneinstellung/das
Ventiltiming notwendig. Für
den Wechsel von dem ungedrosselten stöchiometrischen SI-Betrieb (mit
niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 in den ungedrosselten
stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 317 ist es erforderlich,
dass die Lage des Einlassventil-Spitzenhubs um ungefähr 80 CAD
zusätzlich
zu einer Erhöhung
des Ventil-Spitzenhubs verändert
wird. Die Einlassöffnungsdrossel
erlaubt, dass die Luftströmung durch
das zugeordnete Einlassventil unabhängig von der Ventilbetätigung eingeschränkt wird,
und sie ermöglicht
kleinere Phasenänderungen
der Einlassnocken, um äquivalente
Effekte zu bewirken. Daher kann eine Hardware für die Nockenphaseneinstellung
mit verringerten Einflussbereich verwendet werden, wenn sie mit
einer Einlassöffnungsdrosselung gekoppelt
wird, und ein kleinerer Dynamikbereich und kleinere Anstiegsgeschwindigkeiten
der Hardware für
die Nockenphaseneinstellung können
erforderlich sein, um eine äquivalente
Einlassluftsteuerung zu bewirken. Mit anderen Worten würde, wie
in 4 dargestellt, während eine doppelte Einlassöffnung/ein
doppeltes Einlassventil mit einer Einlassöffnungs-Drosselergänzung eine Nockenphasenänderung
von im Wesentlichen 60 Grad erfordert, um den Wechsel von dem stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 313 in
den ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 zu
bewirken, eine solche Anordnung mit doppeltem Einlassventil ohne
Einlassöffnungsdrossel
eine größere Phasenänderung
erfordern, um einen akzeptierbaren Wechsel in den ungedrosselten
stöchiometrischen SI-Betrieb
(mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 und einen akzeptierbaren
Betrieb in diesem zu bewirken. Und angesichts dessen, dass der ungedrosselte
stöchiometrische
SI-Betrieb (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 317 zumindest
bei den jeweiligen Übergangen
(321, 323) sogar eine größere Kurbelwinkelseparierung
zwischen den EV- und den IV-Spitzenhüben als der stöchiometrische
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 313 aufweist,
sind die Vorteile sogar akuter, von dem ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und
niedrigem IV-Hub) 315 in den ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
hohem EV- und hohem IV-Hub) 317 mit kleineren Nockenphasenänderungen
zu wechseln, die durch mehrere Einlassöffnungen pro Zylinder ermöglicht werden, von
denen mindestens eine eine zugeordnete Einlassöffnungsdrossel aufweist, die
während
des ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betriebs (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 betätigt wird.When using stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 313 in the unrestricted stoichiometric SI operation (with low EV and low IV stroke) 315 It is necessary that the position of the peak lift of the open intake valve to more is changed to 50 CAD to reduce the air flow through the intake valve sufficiently to allow unthrottled stoichiometric engine operation. When this strategy is used in transient engine operation, a fast cam phasing / valve timing mechanism is necessary. For changing from unthrottled SI stoichiometric operation (low EV and low IV stroke) 315 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 317 For example, it is necessary that the position of the intake valve peak lift be varied by about 80 CAD in addition to an increase in the valve peak lift. The intake port throttle allows the airflow through the associated intake valve to be restricted independently of the valve actuation, and allows smaller phase changes of the intake cams to produce equivalent effects. Therefore, hardware for the reduced range cam phasing may be used when coupled with intake port throttling, and smaller dynamic range and smaller hardware cam phase ramp rates may be required to effect equivalent intake air control. In other words, as in 4 while a dual inlet port / double inlet valve with an intake port throttle addition requires a cam phase change of substantially 60 degrees to permit the change from stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift). 313 in the unrestricted stoichiometric SI operation (with low EV and low IV stroke) 315 Such a double inlet valve arrangement without an inlet orifice choke would require a larger phase change to allow an acceptable change in the stoichiometric SI (low EV and low IV stroke) stoichiometric operation. 315 and to effect an acceptable operation in it. And given that the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 317 at least for the respective passages ( 321 . 323 ) even greater crank angle separation between the EV and IV peak strokes than stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 313 the benefits are even more acute, from the unthrottled SI stoichiometric operation (low EV and low IV lift) 315 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 317 to change with smaller cam phasing changes made possible by multiple intake ports per cylinder, at least one of which has an associated intake port throttle that operates during SI stoichiometric (low EV and low IV lift) operation 315 is pressed.
Wenn
von dem stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 313 in den
ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 315 gewechselt wird,
wird die Lage des Spitzenhubs des Auslassventils/der Auslassventile
um mehr als 40 CAD geändert,
um das innere Restniveau ausreichend zu verringern, um die Flammenausbreitung
zu erleichtern. Für
den Wechsel von dem ungedrosselten stöchiometrischen SI-Betrieb (mit
niedrigem EV- und
niedrigem IV-Hub) 315 in den ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
hohem EV- und hohem IV-Hub) 317 wird die Lage des Auslassventil-Spitzenhubs
um ungefähr
70 CAD zusätzlich
zu einer Erhöhung
des Ventil-Spitzenhubs geändert.When using stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 313 in the unrestricted stoichiometric SI operation (with low EV and low IV stroke) 315 is changed, the position of the peak lift of the exhaust valve (s) is changed by more than 40 CAD to reduce the residual internal level sufficiently to facilitate flame propagation. For changing from unthrottled SI stoichiometric operation (low EV and low IV stroke) 315 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 317 For example, the exhaust tip lift position is changed by about 70 CAD in addition to an increase in the valve tip lift.
Wenn
zwei Einlassventile anstelle von einem wirksam sind (d. h. keine
Einlassöffnungsdrosselung) oder
wenn ein unterschiedlicher Ventil-Spitzenhub oder unterschiedliche Öffnungsdauern
verwendet werden, werden sich die gezeigten Kurven für die Lage
des Spitzenhubs der Einlass- und Auslassventile verschieben, die
dargestellten Trends werden aber die gleichen bleiben.If
two intake valves are effective instead of one (i.e.
Intake port throttling) or
if a different valve tip stroke or different opening times
will be used, the curves shown for the location
of the top lift of intake and exhaust valves moving
However, trends will remain the same.
Gemäß einer
anderen Ausführungsform,
um die Lücke
zwischen dem HCCI-Betrieb mit dem vorgeschriebenen niedrigen Nockenhub
und dem SI-Betrieb mit dem vorgeschriebenen hohen Nockenhub unter
Verwendung eines 2-stufigen CPS-Mechanismus zu überbrücken und unter weiterer Bezugnahme auf 6–8,
wobei die gegenwärtige
beispielhafte Ausführungsform
mit einer beispielhaften Motordrehzahl von 3000 U/min betrieben
wird, wird ein Wechsel von einem mageren oder stöchiometrischen HCCI-Betrieb
(mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 611, 613 in
einen ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 615 und in
einen ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
hohem EV- und hohem IV-Hub) 617 gesteuert. 7 und 8 zeigen
die Lage des Spitzenhubs der Einlass- bzw. Auslassventile bei verschiedenen
Motorlastbedingungen. Zusammen stellen sie eine Ausführungsform
eines Motors ohne Einlassöffnungsdrosselung
während
des ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betriebs (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 615 dar.According to another embodiment, to bridge the gap between the HCCI operation with the prescribed low cam lift and the SI operation with the prescribed high cam lift using a 2-stage CPS mechanism, and with further reference to FIG 6 - 8th With the current exemplary embodiment operating at an exemplary engine speed of 3000 rpm, a change is made from lean or stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift). 611 . 613 in an unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 615 and in an unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 617 controlled. 7 and 8th show the location of the peak lift of the intake and exhaust valves at different engine load conditions. Together, they provide an embodiment of an engine with no intake port restriction during unthrottled SI stoichiometric operation (high EV and high IV travel). 615 represents.
Wenn
von dem stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 613 in den
ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
hohem EV- und hohem IV-Hub) 615 gewechselt wird, ist es
erforderlich, die Lage des Spitzenhubs des geöffneten Einlassventils um ungefähr 100 CAD zu
verändern,
um die Luftströmung
durch die Einlassventile ausreichend zu ändern, um den ungedrosselten
stöchiometrischen
Motorbetrieb zu ermöglichen. Wenn
diese Strategie bei einem Übergangs-Motorbetrieb verwendet
wird, ist ein schneller Mechanismus für die Nockenphaseneinstellung/das
Ventiltiming erforderlich. Für
den Wechsel von dem ungedrosselten stöchiometrischen SI-Betrieb (mit
hohem EV- und niedrigem
IV-Hub) 615 in den ungedrosselten stöchiometrischen SI-Betrieb (mit hohem
EV- und hohem IV-Hub) 617 ist es erforderlich, dass die
Lage des Einlassventil-Spitzenhubs um mehr als 100 CAD zusätzlich zu
einer Erhöhung
des Ventil-Spitzenhubs geändert
wird.When using stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 613 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 615 It is necessary to change the tip lift position of the open intake valve by about 100 CAD to change the air flow through the intake valves sufficiently to allow the unthrottled stoichiometric engine operation. When this strategy is used in transient engine operation, there is a fast cam phasing / valve timing mechanism required. For changing from unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and low IV stroke) 615 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 617 For example, it is necessary for the intake valve peak lift position to be changed by more than 100 CAD in addition to an increase in the valve tip lift.
Das
Einbeziehen einer Einlassöffnungsdrossel
würde es
erlauben, die Luftströmung
durch das zugeordnete Einlassventil unabhängig von der Ventilbetätigung zu
beschränken,
und es würde
eine Verwendung kleinerer Phasenänderungen
der Einlassnocken erlauben, um äquivalente
Effekte zu bewirken. Daher könnte
eine Hardware für
die Nockenphaseneinstellung mit verringerten Einflussbereich verwendet
werden, wenn sie mit der Einlassöffnungsdrosselung
gekoppelt wird, und ein kleinerer Dynamikbereich und kleinere Anstiegsgeschwindigkeiten der
Hardware für
die Nockenphaseneinstellung könnten
vorteilhafterweise verwendet werden, um eine äquivalente Einlassluftsteuerung
zu bewirken. Mit anderen Worten würde, wie in 7 dargestellt, während eine
doppelte Einlassergänzung
ohne Einlassöffnungsdrosselung
eine Nockenphasenänderung
von im Wesentlichen 100 CAD erfordern würde, um einen Wechsel von dem
stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 613 in den ungedrosselten
stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 615 zu
bewirken, eine solche Anordnung mit doppelten Einlassventil mit
einer Einlassöffnungsdrossel
eine kleinere Phasenänderung
erfordern, um einen akzeptierbaren Wechsel in den ungedrosselten
stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 615 und
einen akzeptierbaren Betrieb in diesem zu bewirken. Und angesichts
dessen, dass der ungedrosselte stöchiometrische SI-Betrieb (mit hohem
EV- und hohem IV-Hub) 617 zumindest bei den jeweiligen
Wechseln (621, 623) sogar eine größere Kurbelwinkelseparierung
zwischen den EV- und den IV-Spitzenhüben als der stöchiometri sche
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 613 aufweist,
sind die Vorteile sogar akuter, von dem ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem EV-Hub) 315 in
den ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem IV- und hohem IV-Hub) 617 mit kleineren
Nockenphasenänderungen
zu wechseln, die durch mehrere Einlassöffnungen pro Zylinder ermöglicht werden,
von denen mindestens eine eine zugeordnete Einlassöffnungsdrossel
aufweist, die während
des ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betriebs (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 615 betätigt wird.The inclusion of an intake port throttle would allow the airflow through the associated intake valve to be limited independently of the valve actuation, and would permit use of smaller phase changes of the intake cams to produce equivalent effects. Therefore, hardware for the reduced range cam phasing could be used when coupled to the intake port throttle, and smaller dynamic range and smaller hardware cam phase ramp rates could be advantageously used to provide equivalent intake air control. In other words, as in 7 while a double intake supplement without intake port throttling would require a cam phase change of substantially 100 CAD to allow a change from stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 613 in the unrestricted stoichiometric SI operation (with low EV and low IV stroke) 615 to cause such a double intake valve arrangement with an intake port throttle to require a smaller phase change to allow an acceptable change in the stoichiometric SI (low EV and low IV lift) stoichiometric operation 615 and to effect an acceptable operation in it. And given that the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 617 at least for the respective bills ( 621 . 623 ) even greater crank angle separation between the EV and IV peak strokes than stoichiometric HCCI operation (with low EV and low IV strokes) 613 the benefits are even more acute, from the unthrottled stoichiometric SI operation (with low EV and low EV lift) 315 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high IV and high IV stroke) 617 to change with smaller cam phasing changes made possible by multiple intake ports per cylinder, at least one of which has an associated intake port throttle that operates during SI stoichiometric (low EV and low IV lift) operation 615 is pressed.
Wenn
von dem stöchiometrischen
HCCI-Betrieb (mit niedrigem EV- und niedrigem IV-Hub) 613 in den
ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit
hohem EV- und niedrigem IV-Hub) 615 gewechselt wird, wird
die Lage des Spitzenhubs des Auslassventils/der Auslassventile um
ungefähr
40 CAD geändert,
um das innere Restniveau ausreichend zu verringern, um die Flammenausbreitung
zu erleichtern. Zusätzlich
wird diese Phasenänderung
von einer Änderung
des Auslassventilhubs von niedrig nach hoch begleitet. Für den Wechsel
von dem ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem EV- und niedrigem IV-Hub) 615 in
den ungedrosselten stöchiometrischen
SI-Betrieb (mit hohem EV- und hohem IV-Hub) 617 wird die
Lage des Auslassventil-Spitzenhubs um ungefähr 50 CAD verändert.When using stoichiometric HCCI operation (low EV and low IV lift) 613 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and low IV stroke) 615 is changed, the position of the peak lift of the exhaust valve (s) is changed by about 40 CAD to reduce the residual internal level sufficiently to facilitate flame propagation. In addition, this phase change is accompanied by a change in exhaust valve lift from low to high. For changing from unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and low IV stroke) 615 in the unthrottled stoichiometric SI operation (with high EV and high IV stroke) 617 For example, the position of the exhaust valve peak lift is changed by about 50 CAD.
Wenn
ein Einlassventil anstelle von zweien wirksam ist (d. h. eine Einlassventildrosselung)
oder wenn ein unterschiedlicher Ventil-Spitzenhub oder unterschiedliche Öffnungsdauern
verwendet werden, werden sich die gezeigten Kurven für die Lage
des Spitzenhubs der Einlass- und Auslassventile verschieben, die
gezeigten Trends werden aber die gleichen bleiben.If
one intake valve is effective instead of two (i.e., intake valve throttling)
or if a different valve top lift or different opening durations
will be used, the curves shown for the location
of the top lift of intake and exhaust valves moving
but the trends shown will remain the same.
Wenn
ein unterschiedlicher Ventil-Spitzenhub und/oder eine unterschiedliche Öffnungsdauer sowohl
für den
hohen als auch für
den niedrigen Nockenhub verwendet werden, werden die in 4, 5, 7 und 8 dargestellten
Lagen des Spitzenhubs der Einlass- und Auslassventile schwanken,
die Trends und die verwendeten Wechselstrategien bleiben aber die
gleichen.If a different valve tip lift and / or a different opening duration are used for both the high and low cam lift, the in 4 . 5 . 7 and 8th shown positions of the peak lift of the intake and exhaust valves fluctuate, but the trends and the change strategies used remain the same.
Die
Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen
beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des
Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt,
dass die Offenbarung nicht auf die spezielle(n) Ausführungsformen)
eingeschränkt
ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser
Offenbarung in Erwägung
gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen
umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.The
Disclosure has certain preferred embodiments and modifications thereof
described. Other modifications and changes may be made to others during the
Reading and understanding the description stand out. It is therefore intended
that the disclosure is not limited to the specific embodiment (s))
limited
which is or will be revealed as the best way of doing this
Revelation under consideration
but that revelation is all embodiments
which is within the scope of the appended claims.
ZusammenfassungSummary
Ein
Verfahren zum Wechseln des Betriebs eines Verbrennungsmotors mit
Funkenzündung
und Direkteinspritzung, der einen zweistufigen Ventiltrieb mit variabler
Phase aufweist, zwischen einem HCCI- und einem SI-Modus umfasst, dass
ein ungedrosselter stöchiometrischer
SI-Betrieb mit einem niedrigen Hub eines Einlassventils geschaffen
wird, der zwischen einem HCCI-Modus mit einem niedrigen Hub eines
Auslassventils und des Einlassventils und einem ungedrosselten SI-Modus
mit einem hohen Hub des Auslassventils und des Einlassventils liegt.One
Method for changing the operation of an internal combustion engine with
spark ignition
and direct injection, a two-stage variable valve train
Phase comprises, between an HCCI and an SI mode that
an unthrottled stoichiometric
SI operation created with a low lift of an intake valve
which is between a HCCI mode with a low lift one
Exhaust valve and the intake valve and an unthrottled SI mode
with a high lift of the exhaust valve and the intake valve.